JPH0313222A - 継目無管の圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は継目無金属管の代表的製造方法であるマンネス
マン製管法等において広く採用されている穿孔機（ピア
サ−）を用いた圧延機による圧延方法に関する。

〔従来の技術〕

一般にマンネスマン製管法による継目無金属管は、先ず
加熱した被圧延材である丸鋼片をピアサ−に通し、その
中心部にプラグを押し当て貫入せしめて穿孔してホロー
シェルを得、これを直接あるいは必要があればホローシ
ェルをエロンゲータに通して拡径、延伸圧延を施した後
、例えばプラグミルにて更に延伸圧延し、リーラ、サイ
プにて磨管、形状修正、サイジングを行い、精整行程を
経て製造されている。

ところで、上記したピアサ−、エロンゲータにおいては
丸鋼片、ホローシェルのバスセンタに対して軸心線を傾
斜させた例えば樽形の圧延ロール（以下傾斜ロールとい
う）とプラグとを組合せた所謂傾斜圧延機が用いられる
。例えばピアサ−についてみると第２図に示す如く、軸
長方向の中間に直径が最大となるゴージ部１１、及びこ
のゴージ部１１の両側に夫々端末側に向かうに従って直
径が漸減された円錐台状をなす入口面１２、出］」面１
３を備えた一対の傾斜ロールＩＬＩｒと、全体とじて弾
頭形をなし、先端側から略円錐体状をなす圧延部２１、
これに続く略円錐台状をなすリーリング部２２及び基端
束に向かうに従って縮径された逃げ部２３を具備するプ
ラグ２とを組み合わせて構成されテオリ、両傾斜ロール
ｉｆｆ、ｌｒは、丸鋼片Ｂのバスセンタの両側に、夫々
平面視で軸心線がバスセンタと平行に、また側面視で一
方の傾斜ロール１１は入口面１２先端が上方を向くよう
に、他方の傾斜ロール１ｒは人口面１２先端が下方を向
くようにバスセンタに対して傾斜させて配設され、更に
プラグ２はその軸心線をバスセンタに一致せしめて配設
されている。

そして加熱された丸鋼片Ｂが白抜矢符で示す如く軸長方
向に移送されると、両傾斜ロール１ｆｆｉ、ｌｒの入口
面１２．１２間に噛み込まれ、丸鋼片Ｂは両傾斜ロール
１ρ、１ｒにより軸心線用りに回転されつつその中心部
にプラグ２が貫入せしめられ、傾斜ロールｌ　ｊ！　＋
　１　ｒとプラグ２とによって穿孔圧延されるようにな
っている。

一般に傾斜ロールを使用したピアサ−を用いて、丸鋼片
より中空素管を製造する場合、先端ドラフト率（ビレッ
ト半径ｒ。に対するプラグ先端におけるバスセンタから
ロール周面まで最短距離ｒ１の縮径ｉｔ　（ｒｏ−ｒｌ
）の百分率）を大きくすると、プラグの前方にマンネス
マン破壊により第２図に示す如く穿孔中の丸鋼片Ｂの中
心部に孔（もみ割れ）が発生し、このもみ割れによって
穿孔された中空素管内面に疵が生じることがある。第３
図はマンネスマン破壊によって発生したもみ割れとロー
ル傾斜角との関係を示すグラフであって、横軸に先端ド
ラフト率を、また、縦軸に穿孔温度をとり、両者の関係
をマンネスマン破壊の発生が有る場合は黒丸、マンネス
マン破壊の発生が無い場合は白丸にて示す。

但し、試験材としては快削鋼（ＡＩＳＩ規格１２Ｌ　１
４）を用い、その他の条件として穿孔比２．８　、（Ｉ
Ｕ斜角１２°、穿孔温度１１００°Ｃ〜１２００’Ｃ１
拡管率３％、穿孔材の直径６０ｍｌ３＋、ロールのゴー
ジ直径３５０１Ｉ１ｍとした。

第３図から明らかな如く先端ドラフト率を小さくすると
マンネスマン破壊を抑制できる。しかしながら先端ドラ
フト率を小さ（するためには、ロール開度及びプラグ先
端のゴージ部から入口面方向への突出長さであるプラグ
先進量を大きくしなければならない。このようにロール
開度及びプラグ先進量を大きくすると、ロールとビレッ
トとの間の接触面積が小さくなるためビレットの回転及
び前進に必要であるロールから与えられる推進力が小さ
くなる。

特に非定常圧延となるかみ込み時並びに尻抜は時にはロ
ールと材料との接触面積減少のために材料を前進させる
推力が不足し、丸鋼片のトップ部に対してかみ込み不良
、ボトム部に対して尻抜け（かみ離し）不良が発生し、
圧延停止に至ることがある。

このようなピアサ−においては、圧延可能条件及び管に
疵を発生せしめない条件を穿孔材料のロールに対するか
み込み時のかみ込み性とロールから離れる際の尻抜は性
を考慮し、ロール間隔、プラグ先進量、ガイドシュー間
隔を演算式に基づいて決定し、穿孔圧延を行う方法があ
る（特公昭５９４４９２７号公報）。また、ロール開度
又はロール傾斜角度を圧延中に変更させることにより喰
込み性を向上させることと、品質を向上させることとを
両立させる方法がある（特開昭６２−２８２７１３号公
報）。

〔発明が解決しようとする課題］ ロールから被圧延材へ与えられる推進力は穿孔材料の軸
長方向の中間部において、その先端部より大きいため前
記中間部では、マンネスマン破壊を抑制すべくトップ部
及びボトム部よりも先端ドラフト率を小さくすることが
可能である。

しかしながら、前述の如き演算式に基づいて圧延条件を
決定する方法においては、かみ込み性及び尻抜は性を考
慮して圧延条件を決定しており、材料中間部はその両端
部と同一の圧延条件にて圧延しなければならないため、
中間部における先端ドラフト率を小さくできないという
問題があった。

また、前述のロール開度又はロール傾斜角度を圧延中に
変更させる方法においては、ロール開度を単独で変更す
ると圧延後の管の肉厚がその変更前後で変化し、管の長
手力面に亘る寸法精度が不良となる虞れがあった。

そこで本発明者は、被圧延材の肉厚を変え′ることなく
、先端ドラフト率を変更する方法を求めるために種々の
実験を繰り返し、傾斜ロール開度とプラグ先進量とを同
時に変更すると前記肉厚を変えることなく先端ドラフト
率を変更することができることを知見した。即ち本発明
は、傾斜ロール開度とプラグ先進量とを同時に変更し、
被圧延材中間部のドラフト率をそのトップ部及びボトム
部よりも小さくすることによって被圧延材の内面価を抑
制すると共に肉厚寸法を一定とする継目無管の圧延方法
を提供することを目的ｔする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る継目無管の圧延方法は、傾斜ロールを用い
て被圧延材をその軸長方向に螺進移動させつつ前記軸長
方向に沿ってプラグを貫入せしめ、被圧延材を穿孔圧延
する過程において、前記被圧延材の中間部圧延時のプラ
グの先端ドラフト率が、被圧延材のトップ部及びボトム
部における圧延時の前記先端ドラフト率よりも小さくな
るよう１頃斜ロ一ル間度とプラグ先進量とを被圧延材の
肉厚を変えることなく同時に変更して圧延することを特
徴とする。

〔作用］ 本発明にあっては、プラグ先進量の変更による被圧延材
の肉厚変動現象と、傾斜ロール開度の変更による被圧延
材の肉厚変動現象とを相殺させるようにプラグ先進量及
び傾斜ロール開度を変更することによって肉厚を変える
ことなく、プラグの先端ドラフト率を変更する。

〔実施例］ 以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係る継目無管の圧延方法の実
施に使用する穿孔圧延機の構成を示す模式的ブロック図
である。

図中１４！、ｌｒはその軸線をバスセンタＸ−Ｘに対し
て夫々異なる方向へ傾斜させた傾斜ロールである。傾斜
ロールＩＣ１ｒはその軸長方向の中央部にゴージ部１１
．該ゴージ部１１の両側に丸鋼片Ｂのバスセンタｘ−Ｘ
と角度θ、をなす入口面１２及びバスセンタＸ−Ｘと角
度θ２をなす出口面１３を備え、全体として樽形をなす
。傾斜ロール・１ｆ、１ｒのロール間隔であるロール開
度は、第１自動位置決め装置６１．６１により調節可能
とされる。

また、前記２つの傾斜ロール１　Ｎ−＋　ｌ　ｒＯ間に
は先端にプラグ２を備えたマンドレルバ−Ｍが配設され
る。プラグ２はその先端部にある弾頭形をなす圧延部２
１と該圧延部２１の大径部に至るに従って拡径された略
円錐台状をなすリーリング部２２と、該ＩＪ−リング部
２２の大径端にその一端部を接し、端末に向かうに従っ
て縮径された逃げ部２３とよりなる。前記マンドレルバ
−Ｍの後端には、プラグ２をその軸長方向へ移動させる
べ（マンドレルバ−Ｍを移動させるスラストブロック４
が配設される。該スラストブロック４は第２自動位置決
め装置６２によって作動させられ、これによりプラグ２
先端のゴージ部１１．．１１から入口面１２の方向への
突出長さであるプラグ先進ｌＬｄが適宜に調節される。

前記傾斜ロールＩＣ１ｒの入側及び出側には該傾斜ロー
ルＩＬ１ｒに加えられる負荷を検出するロードセル３．
３，３．３が設けられており、ロードセル３，３．３．
３出力は演算制御装置５に与えられる。演算制御装置５
にはロードセル３゜３．３．３出力の他に、傾２４０−
ルｉｎ、ｌｒのロール開度及びプラグ２のプラグ先進量
Ｌｄを変更すべきタイミングを設定するタイマ設定器８
の出力が与えられており、また穿孔中に変更すべき穿孔
材料の両端部及びその間の中間部の先端ドラフト率を設
定する先端ドラフト率設定器７の出力が与えられる。そ
して演算制御装置５の出力は第１自動位置決め装置６１
．６１及び第２自動位置決め装置６２へ与えられる。

次に以上の如く構成される装置によって穿孔圧延を行う
方法について説明する。

まず丸鋼片Ｂを傾斜ロール１４２．ｌｒにかみ込ませる
前に丸鋼片Ｂのかみ込み不良を発生させない先端ドラフ
ト率の初期値と、穿孔開始後に丸鋼片Ｂの軸長方向の中
央部及びボトム部にて変更する先端ドラフト率の設定値
を先端ドラフト率設定器７に設定する。

次いでロール状態設定器９において傾斜ロール１　ｊ２
　＋　１　ｒの傾斜角度を設定し、また、前記先端ドラ
フト率の初期値を実現するとともに丸鋼片Ｂのトップ部
の穿孔後の肉厚寸法が所望値になるように前記ロール状
態設定器９において、ロール開度Ｒｇ、プラグ先進量１
．ｄの夫々の初期値を設定する。

この初期値は演算制御装置５に読み込まれ、第１自動位
置決め装！６１．６１及び第２自動位置決め装置６２の
動作により前記傾斜ロール１１　＋　Ｉ　ｒの傾斜角度
、ロール開度Ｒｇ、プラグ先進ｌＬｄが実際に傾斜ロー
ルＩ　Ｉ！、＋　Ｌ　ｒ及びプラグ２に与えられる。

また、タイマ設定器８には穿孔開始後先端ドラフト率設
定器７により設定される先端ドラフト率の設定変更を行
うタイミングを設定する。

演算制御装置５においては、以上の如く先端ドラフト率
設定器７、タイマ設定器８及びロール状態設定器９によ
って設定されたデータを夫々より読み込み、該データに
従って先端ドラフト率の制御を行う。

次に前記先端ドラフト率の制御方法を説明する。

第１図において丸鋼片Ｂの半径をｒ６、プラグ２先端で
のバスセンタＸ−Ｘから傾斜ロール１１までの最短距離
をｒｌとした場合、先端トラフ１〜率Ｄｒは下記（１）
式の如く示される。但し、この場合の先端ドラフト率Ｄ
ｒは比で表すこととする。

Ｄｒ＝（＋”ｏ　　　ｒ＋）／ｒ−−（１）丸鋼片Ｂが
傾斜ロールにかみ込まれた後、例えばプラグ先進ｌＬｄ
とロール開度Ｒｇを変更することによって先端ドラフト
率り、を小さくする場合、プラグ先進ｌＬｄを大とする
と、プラグ２の最大径部と傾斜ロール１２との間の距離
が小さくなるため、この場合の丸鋼片１３の穿孔後の肉
厚もの肉厚変化量Δｔ１は小となる。また、同様に先端
ドラフト率Ｄｆを小さくするためにロール開度Ｒｇを大
とすると、プラグ２の最大径部と傾斜ロール１２との間
の距離が大となるため、この場合の丸鋼片Ｂの穿孔後の
肉厚むの肉厚変化量Δｔ２は大となる。

前記プラグ先進率Ｌｄの変化量をΔＬｄ、ロール開度Ｒ
ｇの変化量をΔＲｇとすると、前記肉厚変化量Δｔ１．
Δｔ２は、幾何学的に下記（２３，（３）式の如く示さ
れる。但し、プラグ先進量の極性は傾斜・ロール１１の
人口面１２．１２側へ向かう方向を正側とする。

Δ１．＝−ΔＬｄ　ｔａｎθｇ　　−（２）Δｔｚ＝Δ
Ｉ？ｇ／２　　　　　　・・・（３）但し、θ、：バス
センタＸ−Ｘとロール入口面１２とがなす角度 θ２　：バスセンタＸ−Ｘとロール出口面１３とがなす
角度 このため、プラグ先進量１、ｄとロール開度Ｒｇとの変
更により、前記肉厚ｔを一定として先端ドラフト率Ｄｆ
を変更するためには前記肉厚変化量Δｔ１ΔＬ２を下記
（４）式の如く相殺させれば良い。

Δｔ、＋Δｔ２−０　　・・・（４） 即ち下記（５）式が肉厚もの変更なしに先端ドラフト率
り、を変更する場合の条件式である。

ΔＲｇ＝２・ΔＬｄ−ｔａｎθ２　−（５）また、プラ
グ先進量を変化量ΔＬｄ及びロール開度変化量ΔＲｇに
対するｒ、の変化量Δｒ、は幾何学的に下記（６）弐の
如く示される。

Δｒ、＝ΔＬｄ　ｔａｎθ、十Δｈ／２　　−（６）そ
して、先端ドラフト率１つ、を△Ｄ、変更する場合のｒ
、の変化量Δｒ、は幾何学的に下記（７）式％式％ （ 前記（５）、　（６）、　（７）式より前記肉厚ｔの変
更なし７に先端ドラフト率Ｄｆを変更する場合のプラグ
先進量Ｌｄの変化量ΔＬｄは、下記（８）式に示す如く
決定される。

この（８）式により求められるプラグ先進ｌＬｄの変化
量ΔＬｄを用いると前記（５）弐によりロール開度変化
量ΔＲｇが求められる。

演算制御装置５においては、ロードセル３，３゜３．３
が丸鋼片Ｂのかみ込みを負荷の検出量の変化により検出
した時点を穿孔開始時刻とする。この時刻からタイマ設
定器８によって設定された設定変更タイミングに従って
前述の如き演算方法により、先端ドラフト率設定器７か
ら読み込んだ先端ドラフト率設定値からプラグ先進１ｌ
Ｌｄの変化量ΔＬｄ及びロール開度変化量ΔＲｇを算出
し、プラグ先進量Ｌｄ及びロール開度Ｒｇの設定変更信
号を第１自動位置決め装置６１．６１及び第２自動位置
決め装置６２に与え、これらによってロール開度Ｒｇ及
びプラグ先進量Ｌｄを変更する。前記先端ドラフト率Ｄ
ｒの設定は、丸鋼片Ｂのトップ部及びボトム部より中間
部が小さくなるようにしておく。

また、穿孔温度及び穿孔材料の種類によって前述した如
き演算式の精度が変化するため、このような場合には演
算結果を経験則に基づいて修正して使用する。

また、穿孔中に肉厚ｔを所望値に変更したい場合は、プ
ラグ先進量Ｌｄ及びロール開度Ｒｇを適宜修正すれば肉
厚寸法を変更することが可能である。

なお、本実施例においては２０−ル型の傾斜穿孔機の場
合について述べたが、これに限らず本発明は３０一ル以
上のロールを備えた傾斜穿孔機においても適用可能であ
り、また、使用する傾斜穿孔機ガイドが板状、ローラ型
、デイスクロールのいずれを用いても良く、ロール形状
はロール型。

コーン型のいずれの型式を用いても良い。

次に本発明方法を用いて実際に穿孔圧延を行った場合の
具体的実施結果について説明する。

前述した如き構成の穿孔圧延機を用い、第１表に示す条
件にて本発明に係る制御を行った。但し、先端ドラフト
率変更パターンはビレットのトップ部における圧延時は
先端ドラフト率を６％、中間部の圧延時は４％、ボトム
部の圧延時は５％とした。また比較例として先端ドラフ
ト率を６％に固定した場合についても穿孔圧延を実施し
た。

（以下余白） 第１表 ドラフト率を変化させた場合と、本発明方法を用いてロ
ール開度とプラグ先進量を同時に変えて、先端ドラフト
率を変化させた場合の穿孔後のトップ部、中間部、ボト
ム部の肉ｊγ寸法を第３表に示す。

第３表 前述した如き条件にて穿孔圧延を行った場合の本発明方
法と前記比較例とにおける内部疵発生率を第２表に示す
。

第２表 また、前記の先端ドラフト率変更パターンを実現するた
めに比較例としてロール開度のみで先端第２表及び第３
表より明らかな如く本発明方法は比較例である従来方法
と比して内部疵発生率が小さく、また穿孔後の肉厚が一
定となった。

〔効果〕 以上詳述した如（本発明に係る継目無管の圧延方法にお
いては、傾斜ロール開度とプラグ先進量とを同時に変更
し、被圧延材中間部の先端ドラフト率をそのトップ部及
びボトム部よりも小さくしたため、被圧延材の内面底が
抑制され、また穿孔圧延後の肉厚寸法が一定となる等本
発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第１図は本
発明に係る継目無管の圧延方法の実施に使用する穿孔圧
延機の構成を示す模式的ブロック図、第２図は傾斜圧延
機における圧延状態を示す模式図、第３図はマンネスマ
ン破壊によって発生したもみ割れとロール傾斜角との関
係を示すグラフである。 ｌｆ、ｌｒ・・・傾斜ロール　２・・・プラグ　５・・
・演算制御袋Ｗ　７・・・先端ドラフト率設定器　８・
・・タイマ設定器　９・・・ロール状態設定器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、傾斜ロールを用いて被圧延材をその軸長方向に螺進
   移動させつつ前記軸長方向に沿ってプラグを貫入せしめ
   、被圧延材を穿孔圧延する過程において、 前記被圧延材の中間部圧延時のプラグの先端ドラフト率
   が、被圧延材のトップ部及びボトム部における圧延時の
   前記先端ドラフト率よりも小さくなるよう傾斜ロール開
   度とプラグ先進量とを被圧延材の肉厚を変えることなく
   同時に変更して穿孔圧延することを特徴とする継目無管
   の圧延方法。